全球首颗软件定义近存计算3D芯片在上海发布

背景

随着人工智能、大数据和云计算等领域的快速发展，传统架构下芯片面临的“存储墙”“功耗墙”和“性能墙”等瓶颈日益突出。冯·诺依曼架构中计算单元与存储单元分离，导致数据搬运延迟和能耗剧增，成为制约高端算力芯片发展的核心难题。与此同时，先进制程工艺的推进日趋缓慢，国内芯片产业在先进工艺节点上受到外部限制，亟需通过底层架构创新实现突围。在此背景下，软件定义硬件、近存计算以及三维（3D）堆叠等新兴技术成为学术界和产业界关注的热点。

核心内容

2024年7月13日，东方算芯在上海正式发布了全球首颗软件定义近存计算3D芯片DF1000。该芯片采用“软件定义＋3D堆叠近存计算”范式，旨在破解中国高端算力芯片面临的三大核心瓶颈——存储带宽不足、能效比受限以及硬件灵活性欠缺。DF1000通过软件定义芯片技术实现了软硬件解耦与动态重构，能够根据应用需求实时调整计算与存储的协同方式，从而提升效率和适应性。在制造工艺上，该芯片采用14nm节点，算力达到520 TFLOPS（BF16精度）。东方算芯聚焦底层架构源头创新，不依赖先进制程的简单堆叠，而是从芯片设计方法学层面寻求突破。

关键要点

• 全球首颗：DF1000被定位为全球首颗将软件定义与近存计算相结合的3D堆叠芯片，具有显著的技术先发优势。
• 核心架构：采用“软件定义＋3D堆叠近存计算”范式，将计算单元与存储单元通过3D垂直堆叠方式紧密集成，大幅缩短数据搬运路径。
• 软硬件解耦：通过软件定义芯片技术，允许用户通过软件动态重构芯片内部功能，实现计算与存储的灵活映射，降低对固定硬件的依赖。
• 14nm工艺：在相对成熟的14nm制程上实现高性能，表明创新重点在于架构而非单纯追求先进工艺。
• 算力指标：在BF16精度下达到520 TFLOPS，为高负载AI推理和训练场景提供了可观的计算能力。
• 破解三大瓶颈：针对存储墙（带宽受限）、功耗墙（数据搬运能耗高）、性能墙（灵活度不足）进行系统性优化。

意义与影响

DF1000的发布标志着中国在高端算力芯片领域走出了一条不同于传统“堆制程”的技术路线。通过软件定义近存计算的3D堆叠架构，该芯片在不依赖极紫外光刻等先进工艺的情况下，实现了高能效、高带宽、可重构的计算能力，这对于受制于外部技术封锁的国内半导体产业具有重要的示范意义。从产业角度看，这种架构为边缘计算、数据中心、AI加速等场景提供了新的硬件解决方案，能够更好地适配多样化的工作负载。从技术演进角度看，软件定义硬件与3D集成技术的结合，有可能重塑未来芯片设计的方法学，推动计算存储融合架构从理论走向大规模商用。此外，东方算芯作为国产芯片初创企业，其产品发布也增强了业界在自主架构创新上的信心，对国内整个计算生态的自主可控具有积极助推作用。